Ο ορισμός των online αισθητήρων παρακολούθησης της ποιότητας του νερού

Ο ορισμός των αισθητήρων ποιότητας νερού

Ο αισθητήρας ποιότητας νερού είναι μια αναλυτική συσκευή ικανή να ανιχνεύει μία ή περισσότερες συγκεκριμένες φυσικές ή χημικές ιδιότητες σε υδάτινα σώματα και να μετατρέπει τη συγκέντρωση ή την ένταση αυτών των ιδιοτήτων σε ηλεκτρικά σήματα που μπορούν να καταγραφούν, να εμφανιστούν και να υποβληθούν σε επεξεργασία.

Με απλά λόγια, οι βασικές του λειτουργίες είναι 'perception' και 'transformation' :

Αντίληψη: Μέσω συγκεκριμένων ευαίσθητων στοιχείων (όπως ηλεκτρόδια, μεμβράνες, οπτικοί ανιχνευτές), συμβαίνουν φυσικές ή χημικές αντιδράσεις με τις ουσίες-στόχους στο δείγμα νερού.

Μετατροπή: Μετατρέψτε τις αλλαγές που προκαλούνται από την αντίδραση (όπως αλλαγές δυναμικού, ρεύματος, έντασης φωτός και θερμοκρασίας) σε τυποποιημένα ηλεκτρικά σήματα (όπως ρεύμα 4-20 mA, ψηφιακά σήματα).

Οι αισθητήρες ποιότητας νερού είναι οι θεμελιώδεις μονάδες για την κατασκευή σύγχρονων συστημάτων παρακολούθησης της ποιότητας του νερού, όπως σταθμοί αυτόματης παρακολούθησης στο διαδίκτυο, σημαδούρες και κινητά σκάφη παρακολούθησης.

2. Ποιες είναι οι συμβατικές 5 παράμετροι για μέτρηση;

Οι πέντε συμβατικές παράμετροι της ποιότητας του νερού είναι οι πιο θεμελιώδεις και βασικοί δείκτες για την αξιολόγηση της βασικής κατάστασης της ποιότητας του νερού. Συνήθως περιλαμβάνουν:

Θερμοκρασία: Επηρεάζει το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό, τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών και τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων και είναι μια θεμελιώδης παράμετρος που πρέπει να διορθώνεται σχεδόν σε όλες τις μετρήσεις.

Τιμή pH: Χαρακτηρίζει την οξύτητα ή την αλκαλικότητα των υδάτινων σωμάτων και έχει καθοριστικό αντίκτυπο στην επιβίωση των υδρόβιων οργανισμών και στη μετανάστευση και μετατροπή των ρύπων.

Διαλυμένο οξυγόνο: Αναφέρεται στη συγκέντρωση του μοριακού οξυγόνου διαλυμένου στο νερό και αποτελεί βασικό δείκτη για τη μέτρηση της ικανότητας αυτοκαθαρισμού των υδάτινων σωμάτων και την αξιολόγηση της κατάστασης επιβίωσης των υδρόβιων οργανισμών.

Αγωγιμότητα: Χαρακτηρίζει έμμεσα τη συνολική συγκέντρωση διαλυμένων ιόντων στο νερό (δηλαδή αλατότητα ή ολικά διαλυμένα στερεά TDS) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του βαθμού ανοργανοποίησης ή ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων.

Θολότητα: Υποδεικνύει τον βαθμό στον οποίο τα υδάτινα σώματα εμποδίζουν τη διέλευση του φωτός, που προκαλείται από αιωρούμενα σωματίδια στο νερό (όπως ίζημα, φύκια και οργανική ύλη) και είναι ένας σημαντικός δείκτης των αισθητηριακών ιδιοτήτων και της καθαριότητας.

Σημείωση: Σε ορισμένα συγκεκριμένα σενάρια, οι 'πέντε παράμετροι' ενδέχεται να διαφέρουν ελαφρώς. Για παράδειγμα, το 'Δυναμικό REDOX' ή 'αλατότητα' μπορεί μερικές φορές να συμπεριλαμβάνεται, αλλά οι παραπάνω πέντε είναι οι πιο συνηθισμένοι και αναγνωρισμένοι ορισμοί.

3. Ποιοι τύποι οπτικών αισθητήρων περιλαμβάνονται;

Οι οπτικοί αισθητήρες μετρούν με βάση τις αρχές αλληλεπίδρασης μεταξύ ουσιών και φωτός (όπως απορρόφηση, σκέδαση, φθορισμός, φωσφορισμός κ.λπ.). Συνήθως έχουν τα πλεονεκτήματα ότι δεν χρειάζονται αντιδραστήρια, γρήγορη απόκριση και είναι λιγότερο επιρρεπή σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Οι κύριοι τύποι περιλαμβάνουν:

Αισθητήρας φάσματος απορρόφησης υπεριώδους-ορατού φωτός

Αρχή: Μετρήστε τον βαθμό στον οποίο τα δείγματα νερού απορροφούν το υπεριώδες ή ορατό φως συγκεκριμένων μηκών κύματος και υπολογίστε τη συγκέντρωση των ρύπων με βάση το νόμο του Beer-Lambert.

Εφαρμογή: Μέτρηση COD (Χημική Απαίτηση Οξυγόνου), NO3-N (νιτρικό άζωτο), TOC (Ολικός οργανικός άνθρακας), ειδικών οργανικών ουσιών (όπως ουσίες της σειράς βενζολίου) κ.λπ.

Αισθητήρας φθορισμού

Αρχή: Φως συγκεκριμένου μήκους κύματος (φως διέγερσης) εκπέμπεται στο δείγμα νερού και μετράται η ένταση του φωτός μεγαλύτερου μήκους κύματος (φως εκπομπής) που εκπέμπεται από την ουσία μετά τη διέγερσή της.

Εφαρμογή

Αισθητήρας χλωροφύλλης: Μετρώντας την ένταση φθορισμού της χλωροφύλλης στα φύκια, υπολογίζει τη συγκέντρωση των φυκών και είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την έγκαιρη προειδοποίηση για άνθηση φυκιών.

Αισθητήρες CDOM/FDOM: Μετρήστε τη συγκέντρωση έγχρωμης/φθορισμού διαλυμένης οργανικής ύλης, που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της οργανικής ρύπανσης και την αξιολόγηση του ευτροφισμού του νερού.

Αισθητήρες πετρελαίου: Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά φθορισμού των πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων στο αργό πετρέλαιο, παρακολουθούν τη ρύπανση από πετρέλαιο.

Αισθητήρας θολότητας/σκέδασης φωτός

Αρχή: Μετρήστε την ένταση σκέδασης του φωτός από αιωρούμενα σωματίδια στο νερό. Συνήθως χρησιμοποιούνται ανιχνευτές με γωνία 90° ή 180° (μεταδιδόμενο φως).

Εφαρμογή: Άμεση μέτρηση θολότητας.

Αισθητήρας φάσματος λέιζερ

Αρχή: Χρησιμοποιώντας το λέιζερ ως πηγή φωτός, έχει τα πλεονεκτήματα της καλής μονοχρωματικότητας και της υψηλής φωτεινότητας και μπορεί να επιτύχει εξαιρετικά ευαίσθητες μετρήσεις, όπως η φασματοσκοπία Raman και η φασματοσκοπία απορρόφησης λέιζερ ρυθμιζόμενης διόδου.

Εφαρμογή: Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση διαλυμένων αερίων (όπως μεθάνιο CH4, διοξείδιο του άνθρακα CO2) και διάφορων ιχνοστοιχείων ρύπων.

4. Ποιοι τύποι αισθητήρων ιόντων περιλαμβάνονται;

Οι αισθητήρες ιόντων χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση της συγκέντρωσης συγκεκριμένων ιόντων στο νερό και ο πυρήνας τους βρίσκεται σε επιλεκτικά ηλεκτρόδια ιόντων ή παρόμοιες ηλεκτροχημικές τεχνολογίες ανίχνευσης.

Οι κύριοι τύποι περιλαμβάνουν:

Επιλεκτικό ηλεκτρόδιο ιόντων

Αρχή: Στην κορυφή του ηλεκτροδίου, υπάρχει μια ειδική επιλεκτική μεμβράνη ιόντων που ανταποκρίνεται μόνο στο ιόν στόχο, δημιουργώντας έτσι μια διαφορά δυναμικού και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Το μέγεθος αυτής της διαφοράς δυναμικού είναι ευθέως ανάλογο με τον λογάριθμο της συγκέντρωσης ιόντων (εξίσωση Nernst).

Κοινοί τύποι

Ηλεκτρόδιο pH: Το πιο κλασικό ISE, ευαίσθητο στο Η+.

Ηλεκτρόδιο αζώτου αμμωνίας: Μετρά το NH3 στο νερό μέσω μιας μεμβράνης διείσδυσης αερίου και στη συνέχεια το μετατρέπει σε συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας.

Νιτρικό ηλεκτρόδιο: Μετρά NO3-.

Ηλεκτρόδιο φθορίου: Μετρά F-.

Ηλεκτρόδιο κυανίου: Μετρά CN-.

Ηλεκτρόδια ιόντων ασβεστίου, καλίου, νατρίου, χλωρίου κ.λπ.

Αισθητήρας βολτ-αμπέρ

Αρχή: Εφαρμόζοντας μια μεταβαλλόμενη τάση στο ηλεκτρόδιο εργασίας, μετράται το ρεύμα που παράγεται από την αντίδραση REDOX. Το μέγιστο ρεύμα σχετίζεται με τη συγκέντρωση ιόντων.

Εφαρμογή: Χρησιμοποιείται συχνά για τη μέτρηση ιόντων βαρέων μετάλλων, όπως Pb⊃2;⁺, κάδμιο Cd⊃2;⁺, χαλκό Cu⊃2;⁺, ψευδάργυρο Zn⊃2;⁺, κ.λπ., με εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία.

Περίληψη και σύγκριση

Κατηγορία αισθητήρα	Βασική αρχή	Φόντα	Τυπικοί δείκτες μέτρησης
Οπτικός αισθητήρας	Η αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης (απορρόφηση, σκέδαση, φθορισμός)	Δεν απαιτεί αντιδραστήρια, έχει γρήγορη απόκριση, μπορεί να παρακολουθείται συνεχώς και απαιτεί σχετικά χαμηλή συντήρηση	Θολότητα, COD, χλωροφύλλη α, νιτρική, διαλυμένη οργανική ύλη
Αισθητήρας ιόντων	Αλλαγές στο ηλεκτροχημικό δυναμικό ή ρεύμα (επιλεκτικές μεμβράνες ιόντων, αντιδράσεις REDOX)	Καλή επιλεκτικότητα, άμεση μέτρηση και εφαρμογή σε πολλαπλά ιόντα	Άζωτο αμμωνίας, νιτρικό, φθόριο, κυάνιο, pH, διάφορα ιόντα βαρέων μετάλλων